Question

根据要求填空

（1）打火机、运动会中的火炬一般采用丙烷(C₃H₈)为燃料。丙烷热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。已知一定量丙烷完全燃烧生成CO₂和1molH₂O(l)过程中的能量变化如图，请写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：__。

（2）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图：

①电池总反应为2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是__(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为___。

②用该燃料电池电解1L饱和食盐水（足量），当燃料电池消耗0.56L（标准状况下）氧气时，溶液pH=___(不考虑溶液体积变化）。

（3）有人设想以N₂和H₂为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是__，该反应能设计成原电池的原因是__。A是__（填物质名称）。

Answer

C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215.0kJ/mol 负极 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 13 N2+8H++6e-=2NH4+ 合成氨是放热的氧化还原反应 氯化铵

【解析】

⑴根据图像计算4mol放出的热量，再写丙烷燃烧的热化学方程式。

⑵①由图可知，电子由电极c移动电极b，而在原电池中，电子由负极流向正极，因此c电极为负极；CH3OH在负极发生失电子的氧化反应，生成CO2；②先算0.56L氧气的物质的量，再算反应过程中转移电子数；根据电子转移计算反应生成n(OH－)，再计算溶液c(OH－)，再计算溶液中c(H+)，再计算溶液的pH。

⑶根据反应N2+3H2=2NH3，正极发生的是得电子的还原反应，负极发生氧化反应；合成氨的过程为放热的氧化还原反应可以设计成原电池。

⑴丙烷燃烧的化学方程式为C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l)，由图像可知，当反应生成1mol H2O(l)时放出的热量为553.75 kJ∙mol−1，因此反应生成4molH2O(l)时放出的热量为553.75kJ∙mol−1×4=2215.0 kJ∙mol−1，因此该反应的热化学方程式为：C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g) +4H2O(l) ΔH=−2215.0 kJ∙mol−1；故答案为：C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=−2215.0 kJ∙mol−1。

⑵①由图可知，电子由电极c移动电极b，而在原电池中，电子由负极流向正极，因此c电极为负极；CH3OH在负极发生失电子的氧化反应，生成CO2，反应过程中，碳元素由−2价变为+4价，失去6个电子，电解质溶液中使用质子交换膜，只允许H+通过，因此c电极的电极反应式为：CH3OH− 6e− + H2O = CO2 + 6H+；故答案为：负极；CH3OH− 6e− + H2O = CO2 + 6H+。

②0.56L氧气的物质的量，反应过程中转移电子数为0.025mol×4=0.1mol；电解饱和NaCl溶液时，阴极的电极反应式为2H2O+2e－ = 2OH－+H2↑，因此反应生成n(OH－)=0.1mol，则溶液中，因此溶液的pH=13；故答案为：13。

⑶利用N2和H2进行的固氮反应为N2+3H2=2NH3，正极发生的是得电子的还原反应，因此正极的电极反应式为N2 + 8H+ + 6e− = 2NH4+，负极的电极反应式为3H2−6 e− = 6H+；因此可得A为NH4Cl；该反应能设计成原电池是由于合成氨的过程为放热的氧化还原反应；故答案为：N2 + 8H+ + 6e− = 2NH4+；合成氨是放热的氧化还原反应；氯化铵。